Брызгальные бассейны

Бассейн брызгальный - устройство для охлаждения воды разбрызгиванием ее в атмосферном воздухе. Обычно применяется для понижения температуры моды, отводя­щей тепло от компрессоров, теплообменных аппаратов, трансформаторов и т.п. в систе­мах оборотного (циркуляционного) водоснабжения промышленных предприятий. Охлаждение происходит в основном за счет испарения части распыленной воды (испарение 1% воды понижает ее температуру примерно на 6 °С). Для создания необходим поверхности контакта с воздухом вода в брызгальном бассейне разбрызгивается с помощью сопел, располагаемых на высоте 1,2-1,5 м над уровнем воды в бассейне. Избыточное давление воды в трубопроводах перед соплами 49-69 КПа (0,5-0,7 кгс/см²), Тип и число сопел и размеры брызгальных бассейнов в плане выбираются в зависимости от количества охлаждаемой воды. По сравнению с градирнями брызгальные бассейны просты в строительстве и эксплуатации. Однако они обладают сравнительно небольшой удельной охлаждающей способностью, в значительной мере зависящей от скорости и направления ветра.

Брызгальные бассейны надлежит применять при невысоких требованиях к эффекту охлаждения воды, наличии открытой площади для доступа воздуха. Их следует предполагать длинной стороной перпендикулярно направлению господствующих ветров. При размещении брызгальных бассейнов следует учитывать возможность образования тумана и обледенения соседних сооружений и дорог.

Брызгальные бассейны надлежит проектировать не менее чем из двух секций, одна секция допускается для оборотных систем с периодическим режимом работы.

Расположение разбрызгивающих сопел на трубах распределительной системы должно обеспечивать равномерное распределение воды по площади брызгального бассейна. Плотность орошения брызгальных бассейнов берется в среднем 1,5 м³/м²*ч. Из этого следует, что при одной и той же мощности станции потребная площадь для для размещения брызгального бассейна примерно в два раза больше, чем при градирнях капельного типа.

Вода, получаемая из брызгальных бассейнов, принимается со средней расчетной температурой 20-25°.

Ширина брызгального бассейна в осях крайних сопел должна быть не более 50- 55 м.

Для уменьшения уноса капель воды ветром крайние сопла устанавливаются на расстоянии 7-10 м от границы бассейна в зависимости от величины напора у сопел и скорости ветра.

В целях поддержания необходимого температурного режима в зимнее время в каждой секции брызгального бассейна необходимо предусматривать трубопровод для сброса воды без разбрызгивания.

Конструкцию брызгальных бассейнов надлежит принимать из бетона или железобетонных плит с устройством гидроизоляционного экрана.

Брызгальные устройства допускается располагать над естественными водоемами. При этом следует предусматривать планировку и крепление берегового откоса.

Брызгальный бассейн занимает меньшую площадь, чем пруд-охладитель. Работает брызгальный бассейн по тому же принципу, но испарение, происходящее в результате контакта воды с атмосферным воздухом, становится гораздо интенсивнее, так как теплая вода разбрызгивается над поверхностью бассейна. Повышению интенсивности теплоотдачи в значительной мере способствуют продолжительное время пребывания капелек воды в воздухе и взаимное перемещение капель и воздушного потока. Разбрызгивющие сопла, от конструкции которых существенно зависит охладительный эффект бассейна, обычно расположены на высоте 2-3 м от водной поверхности. Потери разбрызгиваемой воды от уноса ветром, как правило, очень велики, но их можно уменьшить, поставив жалюзийные ограждения.

Брызгальный бассейн со стационарными водораспределительными устройствами требует меньших капитальных вложений и может быть возведен в более короткие сро­ки, чем современные башенные градирни той же производительности. На простоту и надежность брызгальных бассейнов в эксплуатации, на их сейсмо- и ураганоустойчи­воесть, небольшую потребность в электроэнергии указывают в своих работах практиче­ски все исследователи как в нашей стране, так и за рубежом. Однако у высокопроизво­дительных брызгальных бассейнов имеется серьезный недостаток, который заключает­ся в низком эффекте охлаждения со стороны подветренной части бассейна.

В настоящее время стоит задача создания брызгальных бассейнов производитель­ностью до 1 млн м³/ч. Каждый из брызгальных бассейнов малой, средней и большой производительности может иметь свои индивидуальные компоновочные и конструктив­ные решения как отдельных элементов, так и бассейна в целом.

Использование брызгальных бассейнов для оборотных систем водоснабжения мощных ТЭС и АЭС возможно лишь при выполнении широких исследований всего комплекса задач, связанных с тепло- и массоотдачей и аэродинамикой бассейна в соче­тании с анализом результатов теоретических и экспериментальных исследований, про­веденных ранее.

Практика использования сравнительно небольших брызгальных бассейнов на дей­ствующих ТЭС показала, что эффективность работы охладителей этого типа может быть достаточно высокой. Однако малочисленность брызгальных бассейнов, а следова­тельно, и ограниченность натурных наблюдений на них, различие тепловых нагрузок и разная производительность, использование в каждой системе своих схем компоновок и конструкций разбрызгивающих устройств не позволяют однозначно решить весь комплекс задач, стоящих на пути широкого практического использования этого охладителя.

Прежде всего необходимо определить эффективность брызгальных бассейнов в сравне­нии с известными типами промышленных охладителей (их место по уровню охлажде­ния и производительности), каким образом можно повысить их охлаждающую способ­ность и, наконец, как прогнозировать гидроаэродинамические характеристики новых брызгальных бассейнов с учетом их возросшей производительности, конфигурации, климатической зоны, в которой они размещаются, рельефа местности и влияния на ок­ружающую среду.

В последние годы тепловые характеристики брызгальных бассейнов исследовались с помощью математических моделей, описывающих взаимодействие воздушного пото­ка с капельным, с привлечением теории пограничного слоя атмосферы и созданием крупномасштабных физических моделей и стендов.

Перспективными являются работы по изучению физических процессов теплоотда­чи капельного потока в окружающую атмосферу, анализ механизма обменных процес­сов и оценка на этой основе определяющих параметров, регулирование которых позво­лит не только качественно, но и количественно характеризовать эффективность брыз­гальных бассейнов и в дальнейшем проектировать их с заранее заданными параметра­ми (уровень охлаждения, маневренность, учет требований охраны окружающей среды).

Наиболее радикальным решением вопроса интенсификации охлаждения в брыз­гальных бассейнах является максимально возможное сокращение области стабилизиро­ванных характеристик, а в лучшем случае - ее исключение. Поэтому разрабатываются конструкции брызгальных бассейнов главным образом на основе высокопроизводитель­ных разбрызгивающих устройств (модулей), плановая компоновка которых представля­ет собой кольцо, эллипс («стадионная дорожка»), узкую U-образную петлю и т.п. При этих схемах области стабилизированных аэротермических параметров минимальны, а при значительном расстоянии между разбрызгивателями, в один-два раза превышающем радиус разбрызгивания, эта область отсутствует.

Анализ тепло- и массоотдачи в капельных потоках брызгальных бассейнов, расчеты по данным модельных испытаний, а также экспериментальные исследования на натурных брызгальных установках показывают не только сложный и во многом противоречивый характер теплосъема при взаимодействии водного и воздушного потоков, но и определяют направленность дальнейших работ по совершенствованию конструкций брызгальных бассейнов.

Высокопроизводительный брызгальный бассейн для тепловых, а особенно для атомных станций может эффективно работать лишь тогда, когда его проект научно обоснован, что требует выполнения комплексных исследований, в состав которых входят натурные наблюдения на действующих брызгальных бассейнах и наблюдения за состоянием пограничного слоя атмосферы.

Учитывая сложность формирования капельного потока брызгальных бассейнов, oтсутствие достоверных методов расчета охлаждающей способности бассейна в целом, и также необходимость создания брызгального бассейна большой производительности для использования в качестве основного охладителя ТЭС и АЭС, особое внимание необходимо уделять постановке экспериментальных исследований.

Результаты проведенных натурных исследований различных конструкций брызгальных устройств в достаточно широком диапазоне температур и влажностей наружного воздуха при различных ветровых воздействиях были использованы в конструкциях брызгальных бассейнов Ладыжинской ГРЭС и Черниговской ТЭЦ. В настоящее время эти брызгальные бассейны оборудованы соплами Б-50. Расстояние между соплами в брызгальном бассейне Черниговской ТЭЦ 4x11м, Ладыжинской ГРЭС 6x10 м. Размеры секций бассейнов соответственно 62x142 м (две секции) и 100x600 м (шесть секций),

Исследования брызгальных водоохлаждающих устройств для выбора наиболее производительного и эффективного из них являются важным, но не окончательным эти пом в конструировании брызгального бассейна в целом. Не менее важной является компоновка брызгальных устройств по площади предполагаемого брызгального бассейна. Если брызгальные устройства отдалить на значительное расстояние одно от другого, то охлаждающую способность бассейна можно считать равной охлаждающей способнос­ти единичного устройства. Однако такой бассейн потребует столь больших площадей и значительных коммуникаций, что окажется бесперспективным (утверждение относится главным образом к высоким циркуляционным расходам от 20-40 м³/с и выше). Таким образом, на первый план выдвигается определение минимальных расстояний между брызгальными устройствами, обеспечивающих заданный уровень охлаждения. Рекомендаций по компоновке разбрызгивающих устройств достаточно много, но, как правило, они основываются на аналогах или на экспериментах, которые могут быть использованы лишь для разработки малых брызгальных бассейнов или бассейнов, служащий дополнительными охладителями к башенным градирням или водохранилищам.

Для высокопроизводительных брызгальных бассейнов наиболее предпочтительным является брызгальное устройство типа БВУ-4 производительностью 800- 900 м³/ч, работающее при напоре 0,13-0,15 МПа и обеспечивающее необходимый уровень охлаждения при минимальных площадях отчуждаемой территории, при экономии металлических трубопроводов, бетона и железобетона и снижении объемов строительно монтажных работ; при независимой работе каждого БВУ от рядом стоящих предпочтительным является БВУ-4 производительностью 600 м³/ч при напоре 0,13- 0,15 МПа; при од­ном и том же напоре 0,13 - 0,15 МПа плановая компоновка сопл Б-50 с шагом между ни­ми 6x10 м по уровню охлаждения близка БВУ-4 производительностью 600 м³/ч и на 1,0 - 1,5 °С охлаждает воду лучше, чем БВУ-4 производительностью 800-900 м³/ч, но пла­новая компоновка сопл при этом требует большей площади под брызгальный бассейн.

В период наблюдений при температурах воздуха ниже 0 °С обледенение электриче­ских проводов, находящихся на высоте 6,0-10,0 м от поверхности земли, было отмече­но на расстояниях от брызгального бассейна до 80-100 м. Слой плотной наледи на про­водах достигал 15-20 мм. На расстояниях свыше 130-140 м обледенение отмечено не было. При небольших скоростях ветра до 2 м/с обледенение и изморозь наблюдались на расстоянии до 30 м от брызгального бассейна. Высота области тумана не превышала 45 м, гололед распространялся на расстояние до 130 м. Эти результаты наблюдений за распространением области туманообразования и связанное с ним воздействие капель­ной сконденсировавшейся влаги на окружающую среду относятся к сравнительно не­большим скоростям ветра, до 3 м/с. При больших скоростях ветра туман распространя­ется на значительные расстояния. Как отмечали американские исследователи, туман на­блюдался на расстояниях от брызгальных бассейнов до 340 м, опасные льдообразова­ния до 200 м. Кроме того, исследовалась степень выноса (разброса) за пределы бас­сейнов содержащихся в воде твердых примесей, частиц, солей, бактерий. Многочислен­ными компаниями («Керамик», «Черни», «Ричарде оф Рокфорд») проводились опыты по изучению распространения таких примесей в прилегающей к брызгальному бассей­ну области. Эксперименты проводились в разные сезоны года при различных атмосфер­ных условиях. Они показали, что вовлеченные элементы (соли, бактерии и т.п.) наблю­дений на расстоянии до 185 м и опасности для окружающей среды не представляли. Имеете с тем было подчеркнуто, что при эксплуатации брызгальных бассейнов необхо­димы круглогодичные и тщательные наблюдения за санитарным состоянием как окру­жающей бассейн территории, так и системы водоснабжения в целом.

Предотвращение выноса мелких капель из факела разбрызгивания является важной проблемой, от успешного решения которой во многом зависит объем внедрения брыз­гальных бассейнов в оборотных системах водоснабжения. Существует множество пред­ложений по воздействию на спектр крупности капель факелов разбрызгивания с целью уменьшения выносимого расхода воды, однако их реализация в большинстве случаев связана либо с ухудшением охлаждающей способности бассейнов, либо с увеличением занимаемой ими площади. Для обоснованного суждения о приемлемости того или ино­го способа уменьшения выноса капель прежде всего необходимо дать оценку возмож­ной области распространения влаги, определить эпюры распределения плотности оро­шения с привязкой этих данных к ветровому режиму, конфигурации бассейна, конструк­циям разбрызгивающих устройств, гидроаэротермическим особенностям системы, ре­жимам работы ТЭС и АЭС.

Ввиду того, что потери от уноса в градирнях значительно меньше, чем в брызгаль­ных бассейнах, величина продувки получается при жесткой воде для градирен несколь­ко больше, чем при брызг альных бассейнах, в которых очень велики потери от уноса ка­пель и поэтому часть солей удаляется без специальной продувки. Общее же количество добавочной воды для градирен, как правило, меньше, чем для брызгальных бассейнов.

По мере испарения части воды остающаяся в циркуляционной системе вода все бо­льше насыщается солями. Если не принимать мер к уменьшению солесодержания воды, то скоро оно достигает в системе такой величины, которая вызовет отложение солей на трубках конденсаторов и ухудшит работу последних. Для борьбы с отложениями солей в конденсаторах необходимо постоянно удалять из системы некоторое добавочное количество насыщенной солями воды и заменять ее свежей водой, т.е. производить продувку брызгальных бассейнов. Величина продувки завидит от того, насколько солесодер-жание воды может быть удержано в допустимых пределах за счет естественной убыли в системе и замены ее добавочной водой, а также от качества добавочной воды, ее жесткости и характера содержащихся в ней солей.

Наибольшую площадь занимают пруды для естественного охлаждения в них циркуляционной воды. Площадь прудов должна быть не меньше 5, а часто >10 м² на один установленный киловатт мощности станции. Более интенсивно используется поверх­ность брызгальных бассейнов, площадь которых в 10-20 раз меньше площадей для прудов такой же производительности.

Еще меньше требуемая территория при отсутствии брызгальных бассейнов и градирен и расположении станции на берегу рек с прямоточным охлаждением конденсаторов.

Для предотвращения обрастания охладителей (брызгальных бассейнов), а также цветения воды в прудах-охладителях хлорирование недостаточно эффективно и дорого вследствие необходимости больших расходов хлора. Для этой цели применяют ввод веществ чисто токсичного действия, например, медного купороса. Содержание в воде 2 мг/л медного купороса обычно вызывает полное отмирание водной растительности и оседание ее на дно водоема. Вводить медный купорос целесообразно при градирнях в распределительный желоб, а при брызгальных бассейнах во всасывающие трубы цир­куляционных насосов. Медный купорос применяют в виде 5-10%-ного раствора.

Брызгальные бассейны применяются при достаточно большой и открытой для до­ступа воздуха площадке, благоприятных гидрогеологических условиях и количествах охлаждаемой воды более 500 м³/ч. При меньших производительностях применение их целесообразно при необходимости создания значительного запаса воды.

Вернуться к списку